基于PLC四路抢答器的设计

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1、 济源职业技术学院毕业设计 设计任务书 设计题目设计题目: : 基于 PLC 四路抢答器的设计 设计要求设计要求: : 1. 抢答器可同时供四组选手参加比赛 2. 主持人有三个控制按钮，用来控制抢答开始、复位和答题计时的开始。 3每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答按钮，则数码 管 1 就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路给出信箱提示信号（持 续 3S） ，以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应。选手答题完毕后， 由主持人按下复位按钮，系统才能开始下一轮抢答。 4违规抢答：若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，违规时数 码管 1 显示其编号，同时红灯亮，音响电路

2、发出声响。 5抢答限时：当主持人按下开始按钮后，定时器 T0 开始计时（设定 30S） 。 若 30S 时限到仍无人抢答，则黄灯亮、音响电路 3 发出声响，以示选手放弃该 题。 6答题限时：在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管 2、3 上显示答题倒计时时间（该时间设定为 50S） ，选手必须在设定的时间内完 成答题。否则，音响电路发出答题超时报警信号 设计进度要求设计进度要求: : 第一、二周：确定题目,查阅资料，根据要求分析抢答器的设计、工作原理。 第三、四周：根据工作原理画流程图并编译梯形图，并进行硬件设计。 第五、六周：对软件设计，进行上机调试,找出问题,进行修改,并改进

3、设计。 第七、八周：撰写论文,毕业答辩。 济源职业技术学院毕业设计 I 指导教师（签名）指导教师（签名） 济源职业技术学院毕业设计 II 摘 要 近年来随着科技的飞速发展， PLC 的使用不断地走向深入，同时带动传统 的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可 靠性，在各行各业中的使用日益广泛普及。对于抢答器其广泛用于电视台、商 业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛 及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富 了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精 神文明、娱乐活动的必备产品。 本

4、次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制的四路 智力抢答器进行控制。首先，选择这个题目之后，我对本次设计进行了全面的 思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的四路 智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成 主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能等。考虑到只是PLC控 制的四路智力抢答器则输出端口需要25个，输入端口需要7个，由于PLC具有可 靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点，因此，我决定选用SIMATIC S7- 200 系列的CPU226和数字量扩展模块EM223作为

5、本次设计的PLC。具有方便灵活， 维护使用方便等特点。 关键词：智力控制，四路抢答器， PLC 南充职业技术学院毕业设计 目 录 摘 要.II 1 PLC 四路抢答器概述 .1 1.1 PLC 四路抢答器概述.1 1.2 PLC 智能抢答器的工作原理.3 2 PLC 概述 .4 2.1 PLC 的产生、定义、组成、特点及发展趋势.4 2.2 PLC 工作原理.9 2.3 PLC 的编程语言10 2.4 PLC 的分类及性能指标10 3 系统硬件设计12 3.1 控制系统选取 .12 3.2 控制系统的硬件组成 .12 3.3 系统控制要求 .13 3.4 控制系统 I/O 分配表 .14 3.

6、5 系统硬件连接图 .15 4 系统软件设计17 4.1 整体设计 .17 4.2 PLC 控制程序18 5 模拟运行和调试过程36 5.1 程序的模拟运行 .36 5.2 程序的现场调试 .37 致 谢.43 参考文献.44 0 1 PLC 四路抢答器概述 1.11.1 PLCPLC 四路抢答器概述四路抢答器概述 抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在 一定程度上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时 参加抢答,赛场中设有 1 个裁判台，4 个参赛台，分别为 1 号、2 号、3 号、4 号参赛 台.总体设计选用西门子 PLC 控制,抢答操

7、作方便，在很多的场所都可以使用，并且 给人的视觉效果非常好。 抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型 电器。随着社会科技技术的不断发展，他的使用场合也随之增加；技术含量大大提 升；更加方便可靠。目前, 形式多样、功能完备的抢答器已广泛使用于电视台、商 业机构、学校及企事业单位, 它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性, 在一定程度上 丰富了人们的业余生活。用 PLC 进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只 要改变输入 PLC 的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。 PLC 智能抢答器和单片机抢答器相比，在许多方面都显示出优越性.首先说一下 单片机抢答器，所谓单

8、片机系统就是采用目前市场上的单片机 CPU 及其它外围芯片， 根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计 程序以达到所要求的控制功能。这种形式在 80 年代国内很流行，但由于受到本身 可靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的使用已逐步 被 PLC 所代替。 单片机的可靠性：由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐，很大一 部分还是国外筛选出来的次等品，加上其它外围元件（如电阻、电容等）的参数离 散性也很大，批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理，因此这样的产品很难 做到很好的一致性和高可靠性，因为任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的

9、 不稳定。另外，单片机的所有器件均不是工业级的，抗干扰性特别是抗电源干扰能 力很弱，而国内的电源一般都很差，加上压片机的变频调速对电源的干扰很大，因 此，更可能引起单片机系统的不稳定。 单片机的可扩展性：由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的，所 1 以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都要重新设计。这样对于增 加功能的开发成本和周期都会增加。 单片机的可维护性：一旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件，最简单 的方法是更换整个系统，这样维修成本增加了。 操作：现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘，设定数据用拨码开关， 显示用 LED，整个面板显得繁锁，而且为了减少

10、操作键，设计时往往一键多用，操 作人员很难脱开说明书操作。特别是故障显示只能显示故障代码，一旦发生故障， 操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在，最终按说明书指示排除故障，这样排 除故障的时间相对较长。总之，这样的人机对话不够友善。 特点：不可靠，价格便宜。 可编程控制器（PLC）： 所谓 PLC 系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家 生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设 计的功能。这种形式目前在工业现场使用最为广泛。 PLC 的可靠性：进口 PLC 采用的 CPU 都是生产厂家专门设计的工业级专用处理 器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选

11、的工业级元件，另外它 的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源 干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。 PLC 的可扩展性：要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而 PLC 的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。 PLC 的可维护性：PLC 本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊 断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合 理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。 操作：PLC 的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很 详尽的操作指南，即使第

12、一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人 员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故 障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，维修 人员可以根据提示很快排除故障。 特点：价格和前二种控制器相比略贵，可靠性好，操作简单。 2 1.21.2 PLCPLC 智能抢答器的工作原理智能抢答器的工作原理 我所设计的 PLC 智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答器，现在以四路抢答 器为例。给竞赛主持人设置了 3 个控制按钮，用来控制开始、复位、答题计时，每 当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该 组的编号，

13、同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提示信号（持续三秒）以指示抢 答成功，并对其后的抢答信号不在相应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮， 系统开始下一轮抢答。若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数 码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声响。当主持人按下抢答器按钮时定时器 T0 开始计时（设定 30 秒）若 30 秒限制到时仍无人抢答则黄灯亮音响电路发出声响， 以示选手放弃该题。在抢答成功后，主持人按下答题计时按钮，同时数码管显示答 题倒计时时间改时间可根据需要调节，此设定为 50 秒，选手必须在设定时间内完成 答题，否则，音响电路发出超时报警信号。其中以上功能都通过编制的 PL

14、C 程序来 控 3 个制数码管和 3 个指示灯以及一个喇叭来实现，如图 1.1 所示: 图 1.1 抢答器模型图 3 2 PLC 概述 2.12.1 PLCPLC 的产生、定义、组成、特点的产生、定义、组成、特点及发展趋势及发展趋势 2.1.12.1.1 PLCPLC 的产生的产生 可编程序控制器(Programmable Logic Controller，简称 PLC)，是随着科学技 术的进步和现代社会生产力式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要而产牛、 发展起来的一种新型的工业控制装置。 PLC 从 1969 年问世以来，虽然至今还不到 40 年，但由于其具有道用灵活的控 制性能、可以适

15、应各种工业环境的可靠性和简单方便的使用性能，在工业自动化各 领域取得了广泛的使用。曾经有人将 PLC 技术和数控技术(CNC)、CADCAM 技术、 工业机器人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。 众所周知，制造业中使用的生产设备和生产过程的控制，一般都需要通过工作 机构、传动机构、原动机以及控制系统等部分实现。特别是当原动机为电动机时， 还需要对电动机的启制动、正反转、调速和定位等动作进行控制。生产设备和生 产过程的电器操作和控制部分，称为电气自动控制装置或电气自动控制系统。 最初的电气自动控制装置(包括日前使用的一些简单机械)，只是一些简单的手 动电器(如刀开关、正反转开关等)。这些电

16、器只适合于电机容量小、控制要求简单、 动作单一的场合。 随着技术的进步，生产机械对电气自动控制提出了越来越高的要求，电气自动 控制装置逐步发展成了各种形式的电气自动控制系统。 作为常用电气自动控制系统的一种，人们习惯上把以继电器、接触器、按钮、 开关等为主要器件所组成的逻辑控制系统，称为“继电接触器控制系统” 。 “继电 接触器控制系统”的基本特点是结构简单、生产成本低、抗干扰能力强、故障检 修立观方便、运用范围广。它不仅可以实现生产设备、生产过程的自动控制，而且 还可以满足大容量、远距离、集中控制的要求。因此，直到今天“继电接触器控 制系统”仍是工业自动控制领域最基本的控制系统之一。 但是，出于“继电接触器控制系统”的控制元件(继电器、接触器)均为独立 元件，它决定了系统的“逻辑控制”和“顺序控制”功能只能通过控制元件间的不 同连接实现，因此，它不可避免地存在以下不足： 4 通用性、灵活性差。 体积大，材料消耗多。 功能局限性大。 可靠性较低，性用寿命较短。 不具备现代工业控制所需要的数据通信、网络控制等功能。 正因为如此，